Claims (21)
1. Прозрачный мерзлый грунт, отличающийся тем, что его получают из фторсодержащего полимера, кубикового льда и бесцветной поровой жидкости на этапах приготовления материалов, смешивания, вакуумирования, затвердевания и замораживания, а количество фторсодержащего полимера, кубикового льда и бесцветной поровой жидкости рассчитывается согласно условиям испытаний и размерам проб; бесцветная поровая жидкость представлена водой, фторсодержащий полимер представлен частицами диаметром ≤0,074 мм с неправильной формой и является тефлоном AF 1600 производства American DuPont Company с коэффициентом преломления 1,31 и плотностью 2,1-2,3 г/см3; диаметр частиц кубикового льда составляет ≤0,074 мм; физические свойства прозрачного мерзлого грунта следующие: плотность - 1,63-2,1 г/см3, удельная масса - 16-21 кН/м3 и значение степени переуплотнения - 0,8-3; механические свойства следующие: угол внутреннего трения - 19-22°, связность - 1-3 кПа, модуль упругости - 5-9 МПа и коэффициент Пуассона - 0,2-0,3.1. Transparent frozen soil, characterized in that it is obtained from fluorine-containing polymer, cube ice and colorless pore liquid at the stages of preparing materials, mixing, vacuuming, hardening and freezing, and the amount of fluorine-containing polymer, cube ice and colorless pore liquid is calculated according to the test conditions and sample sizes; the colorless pore liquid is represented by water, the fluorine-containing polymer is represented by particles with a diameter of ≤0.074 mm with an irregular shape and is Teflon AF 1600 manufactured by American DuPont Company with a refractive index of 1.31 and a density of 2.1-2.3 g / cm 3 ; the diameter of the cubic ice particles is ≤0.074 mm; the physical properties of transparent frozen soil are as follows: density - 1.63-2.1 g / cm 3 , specific gravity - 16-21 kN / m 3 and the degree of re-compaction - 0.8-3; mechanical properties are as follows: the angle of internal friction is 19-22 °, the connectivity is 1-3 kPa, the elastic modulus is 5-9 MPa and the Poisson's ratio is 0.2-0.3.
2. Прозрачный мерзлый грунт по п. 1, отличающийся тем, что в качестве жидкости используется очищенная вода.2. Transparent frozen soil according to claim 1, characterized in that purified water is used as a liquid.
3. Способ получения прозрачного мерзлого грунта по п. 1, отличающийся тем, что он включает следующие этапы:3. A method of obtaining a transparent frozen soil according to claim 1, characterized in that it includes the following steps:
(1) приготовление материалов: количество фторсодержащего полимера, кубикового льда и бесцветной поровой жидкости рассчитывается согласно условиям испытаний и размерам проб; фторсодержащий полимер представлен частицами диаметром ≤0,074 мм, подвергается очистке от примесей, сушится в сушильном шкафу, причем его частицы имеют неправильную форму, и является тефлоном AF 1600 производства American DuPont Company с коэффициентом преломления 1,31 и плотностью 2,1-2,3 г/см3; кубиковый лед получают путем раздавливания целого блока льда с диаметром частиц ≤0,074 мм; бесцветная поровая жидкость представлена водой;(1) preparation of materials: the amount of fluorine-containing polymer, cubic ice and colorless pore liquid is calculated according to test conditions and sample size; fluorine-containing polymer is represented by particles with a diameter of ≤0.074 mm, is cleaned of impurities, dried in an oven, its particles are irregular in shape, and is Teflon AF 1600 manufactured by American DuPont Company with a refractive index of 1.31 and a density of 2.1-2.3 g / cm 3 ; cubic ice is obtained by crushing a block of ice with a particle diameter of ≤0.074 mm; colorless pore fluid is water;
(2) смешивание: сначала фторсодержащий полимер и кубиковый лед равномерно перемешивают в криогенной лаборатории при температуре от -6,0°С до -8,0°С, загружают в форму по 2-3 партии для приготовления пробы и утрамбовывают слой за слоем; затем в форму добавляют воду, и она заполняет промежутки между частицами фторсодержащего полимера и кубиковым льдом;(2) mixing: first, the fluorine-containing polymer and cubic ice are uniformly mixed in a cryogenic laboratory at temperatures from -6.0 ° C to -8.0 ° C, loaded into a batch for 2-3 batches for sample preparation and rammed layer by layer; then water is added to the mold, and it fills the gaps between the particles of the fluorine-containing polymer and cubic ice;
(3) вакуумирование: устройство вакуумирования используется для удаления остаточных пузырьков в пробе, чтобы она достигла полностью насыщенного состояния;(3) evacuation: the evacuation device is used to remove residual bubbles in the sample so that it reaches a fully saturated state;
(4) затвердевание: проба помещается в плотномер для затвердевания со значением степени переуплотнения 0,8-3; и(4) solidification: the sample is placed in a densification meter for solidification with a degree of re-compaction of 0.8-3; and
(5) замораживание: проба загружается в криогенный бокс при температуре -20°С и замораживается на 48 часов, чтобы получить прозрачный мерзлый грунт, имитируя насыщенную мерзлую глину, физические свойства которой следующие: плотность - 1,63-2,1 г/см3, удельная масса - 16-21 кН/м3 и значение степени переуплотнения - 0,8-3; а механические свойства следующие: угол внутреннего трения - 19-22°, связность - 1-3 кПа, модуль упругости - 5-9 МПа и коэффициент Пуассона - 0,2-0,3.(5) freezing: the sample is loaded into a cryogenic box at a temperature of -20 ° C and frozen for 48 hours to obtain a transparent frozen soil, simulating saturated frozen clay, the physical properties of which are as follows: density - 1.63-2.1 g / cm 3 , the specific gravity is 16-21 kN / m 3 and the value of the degree of overconsolidation is 0.8-3; and the mechanical properties are as follows: the angle of internal friction is 19-22 °, the connectivity is 1-3 kPa, the elastic modulus is 5-9 MPa and the Poisson's ratio is 0.2-0.3.
4. Способ получения прозрачного мерзлого грунта по п. 3, отличающийся тем, что на этапе (1) в качестве жидкости используется очищенная вода.4. A method of obtaining a transparent frozen soil according to claim 3, characterized in that in step (1), purified water is used as a liquid.
5. Применение прозрачного мерзлого грунта по п. 1 в модельном испытании направленного взрывания мерзлого грунта.5. The use of transparent frozen soil according to claim 1 in a model test of directional blasting of frozen soil.
6. Применение по п. 5, отличающееся тем, что оно включает следующие процессы:6. The use according to claim 5, characterized in that it includes the following processes:
(1) моделирование: согласно требованиям к испытаниям и размерам модели откоса естественного мерзлого грунта выполнены прозрачный опытный бассейн и модель откоса прозрачного мерзлого грунта, которая имитирует модель откоса естественного мерзлого грунта, причем модель откоса прозрачного мерзлого грунта состоит из прозрачного мерзлого грунта и включает шпуры; а прозрачный опытный бассейн выполнен из прозрачного высокопрочного стекла;(1) modeling: according to the test requirements and dimensions of the slope model of natural frozen ground, a transparent experimental pool and a slope model of transparent frozen soil were performed, which simulates a slope model of natural frozen soil, and the slope model of transparent frozen soil consists of transparent frozen soil and includes bore holes; and the transparent pilot pool is made of transparent high-strength glass;
(2) монтаж: модель откоса прозрачного мерзлого грунта загружается в прозрачный опытный бассейн, и в соответствии с планом испытания детонаторы и взрывчатка загружаются в отведенные шпуры; цифровые камеры, которые способны полностью охватить пространство прозрачного опытного бассейна, устанавливаются на передней, боковой и верхней смотровой поверхности снаружи прозрачного опытного бассейна, и они соединяются с устройством обработки по линиям передачи данных;(2) installation: a slope model of transparent frozen soil is loaded into a transparent experimental pool, and, in accordance with the test plan, detonators and explosives are loaded into designated boreholes; digital cameras, which are able to fully cover the space of the transparent experimental pool, are installed on the front, side and upper viewing surfaces outside the transparent experimental pool, and they are connected to the processing device via data transmission lines;
(3) испытание: детонаторы и взрывчатка приводятся в действие, процесс направленного взрывания модели откоса прозрачного мерзлого грунта для образования искусственного откоса снимается и записывается цифровыми камерами; записанные данные передаются на устройство обработки по линиям передачи данных; и(3) test: detonators and explosives are activated, the process of directional blasting of the slope model of transparent frozen soil to form an artificial slope is recorded and recorded with digital cameras; recorded data is transmitted to the processing device via data lines; and
(4) процесс (1)-процесс (3) повторяются, процессы направленного взрывания модели откоса прозрачного мерзлого грунта в условиях разных естественных высот откоса, диаметров шпуров, глубины и количества взрывчатки передаются на устройство обработки, чтобы проанализировать механизм направленного взрывания мерзлого грунта и завершить испытание модели откоса мерзлого грунта направленным взрыванием.(4) the process (1) -process (3) is repeated, the processes of directional blasting of the slope model of transparent frozen soil under conditions of different natural slope heights, bore diameters, depth and quantity of explosives are transmitted to the processing device to analyze the directional blasting mechanism of frozen soil and complete testing the model of slope of frozen soil by directional blasting.
7. Применение прозрачного мерзлого грунта по п. 1 в испытании оползания модели мерзлого грунта дорожной насыпи вследствие оттаивания.7. The use of transparent frozen soil according to claim 1 in the test of the creep of a frozen soil model of a road embankment due to thawing.
8. Применение по п. 7, отличающееся тем, что оно включает следующие этапы:8. The use according to claim 7, characterized in that it includes the following steps:
(1) моделирование: согласно требованиям к испытаниям и размерам модели мерзлого грунта дорожной насыпи выполнены прозрачный опытный бассейн и модель прозрачного мерзлого грунта дорожной насыпи, которая имитирует модель мерзлого грунта дорожной насыпи, причем модель прозрачного мерзлого грунта дорожной насыпи состоит из прозрачной мерзлой почвенной массы и предварительно оснащена датчиками температуры; а прозрачный опытный бассейн выполнен из органического стекла;(1) modeling: according to the test and size requirements of the model of frozen soil of the road embankment, a transparent experimental pool and a model of transparent frozen soil of the road embankment were made, which imitates the model of frozen soil of the road embankment, the model of transparent frozen soil of the road embankment consisting of transparent frozen soil mass and pre-equipped with temperature sensors; and the transparent experimental pool is made of organic glass;
(2) монтаж: в криогенной лаборатории модель прозрачного мерзлого грунта дорожной насыпи загружается в прозрачный опытный бассейн, и источник нагрева помещается на прозрачный опытный бассейн поверх солнечной стороны модели прозрачного мерзлого грунта дорожной насыпи; снаружи прозрачного опытного бассейна одна сторона, параллельная поперечному сечению модели прозрачного мерзлого грунта дорожной насыпи, оснащается лазерным источником, а другая сторона, перпендикулярная поперечному сечению модели прозрачного мерзлого грунта дорожной насыпи, оснащается цифровой камерой, причем цифровая камера и датчик температуры соединены с устройством обработки по линии передачи данных; осевая линия цифровой камеры перпендикулярна осевой линии лазерного источника, а точка пересечения осевых линий цифровой камеры и лазерного источника находится внутри прозрачного опытного бассейна; и(2) installation: in the cryogenic laboratory, the model of the transparent frozen soil of the road embankment is loaded into the transparent experimental pool, and the heat source is placed on the transparent experimental pool on top of the sunny side of the model of the transparent frozen soil of the road embankment; outside the transparent test pool, one side parallel to the cross section of the transparent frozen soil model of the embankment is equipped with a laser source, and the other side perpendicular to the cross section of the transparent frozen soil model of the embankment is equipped with a digital camera, the digital camera and the temperature sensor being connected to the processing device via data transmission lines; the center line of the digital camera is perpendicular to the center line of the laser source, and the intersection point of the center lines of the digital camera and the laser source is inside the transparent experimental pool; and
(3) испытание: включается лазерный источник, проверяется яркость плоскости касания частиц, образованной внутри модели прозрачного мерзлого грунта дорожной насыпи, и угол лазера регулируется таким образом, чтобы он падал перпендикулярно на плоскость касания и проходил через центр продольного направления модели прозрачного мерзлого грунта дорожной насыпи; включается цифровая камера, и ее объектив регулируется таким образом, чтобы она могла охватывать солнечную и теневую сторону модели прозрачного мерзлого грунта дорожной насыпи; т.е. лазерный источник освещает поперечное сечение модели прозрачного мерзлого грунта дорожной насыпи, и при этом поперечное сечение модели прозрачного мерзлого грунта дорожной насыпи, освещаемое лазерным источником, записывается цифровой камерой; согласно плану опыта источник нагрева периодически включается, процесс оползания на солнечной стороне модели прозрачного мерзлого грунта дорожной насыпи вследствие оттаивания в периодическом цикле замораживания и оттаивания снимается и записывается цифровыми камерами, а записанные данные передаются на устройство обработки по линии передачи данных.(3) test: the laser source is turned on, the brightness of the particle contact plane formed inside the model of transparent frozen soil of the road embankment is checked, and the laser angle is adjusted so that it falls perpendicular to the plane of contact and passes through the center of the longitudinal direction of the model of transparent frozen soil of the road embankment ; the digital camera is turned on, and its lens is adjusted so that it can cover the sunny and shadow side of the model of transparent frozen soil of the embankment; those. a laser source illuminates a cross section of a model of transparent frozen soil of a road embankment, and the cross section of a model of transparent frozen soil of a road embankment illuminated by a laser source is recorded by a digital camera; according to the experimental plan, the heating source is periodically turned on, the creep process on the sunny side of the model of transparent frozen soil of the road embankment is removed and recorded by digital cameras due to thawing in the periodic cycle of freezing and thawing, and the recorded data is transmitted to the processing device via a data line.
9. Применение по п. 8, отличающееся тем, что на этапе (2) на солнечной стороне размещается теплоизоляционный материал, а у ее подножия размещается порог; теплоизоляционный материал представлен слоем щебня, который дополнен частицами фторсодержащего полимера толщиной 5-15 мм или полиэтиленовой пенопластовой сеткой, а порог выполнен из органического стекла; на этапе (3) согласно плану опыта источник нагрева периодически включается, процесс оползания на солнечной стороне модели прозрачного мерзлого грунта дорожной насыпи вследствие оттаивания в периодическом цикле замораживания и оттаивания снимается и записывается цифровыми камерами, записанные данные передаются на устройство обработки по линии передачи данных, и оценивается влияние мер по обработке на устранение явления оттаивания/оползания.9. The use according to claim 8, characterized in that at step (2), on the sunny side, heat-insulating material is placed, and a threshold is placed at its foot; thermal insulation material is represented by a layer of crushed stone, which is supplemented by particles of fluorine-containing polymer with a thickness of 5-15 mm or a polyethylene foam mesh, and the threshold is made of organic glass; in step (3) according to the experimental plan, the heating source is periodically turned on, the creep process on the sunny side of the model of transparent frozen soil of the road embankment is removed and recorded by digital cameras due to thawing in the periodic freezing and thawing cycle, the recorded data is transmitted to the processing device via a data line, and The impact of processing measures on the elimination of the thawing / sliding phenomenon is evaluated.